DE2431677C3 - Gas analyzer - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasanalysegerät zum Messen der Konzentration eines Gasanteiles in einem ersten Raum, das einen Meßraum, der eine Meßprobe aus dem ersten Raum empfängt, und eine Trennwand enthält, die als Teil eines Wandteiles des Meßraumes aus mindestens einem, lonenleitung aufweisenden Feststoff besteht und die auf beiden Seiten mit mindestens einer Elektrodenschicht, u.a. /.um Zuführen eines elektrischen Stromes, versehen ist, so daß mittels eines lonenstromes in der Trennwand der Gasanteil aus dem Meßraum entfernbar ist, und das Gerät weiterhin eine Steuereinheit für den elektrischen Strom enthält, die mindestens nach einer Füilzeit r, während einer Pumpzeit ipden Strom einschaltet, so daß das Verhältnis zwischen den Konzentrationen nahezu gleich 0 wird.The invention relates to a gas analyzer for measuring the concentration of a gas fraction in a first room that has a measuring room that receives a measurement sample from the first room, and one Contains partition which, as part of a wall part of the measuring space, consists of at least one ion line having Solid consists and on both sides with at least one electrode layer, i.a. /. To feed an electric current is provided, so that the gas portion is removed by means of an ion current in the partition can be removed from the measuring room, and the device furthermore contains a control unit for the electrical current, which switches on the current at least after a filling time r, during a pumping time ip, so that the ratio becomes almost equal to 0 between the concentrations.
Ein derartiges Gerät ist aus der DE-OS 18 10 459 bekannt.Such a device is known from DE-OS 18 10 459.
Das Messen oder Dosieren eines Gases mit Hilfe einer Trennwand ist bekannt. Der Stoff oder dasIt is known to measure or meter a gas with the aid of a partition. The substance or that
ίο Gemisch von Stoffen, aus dem diese Trennwand bestehen kann, ist derart gewählt, daß in einem bestimmten Temperaturbereich bestimmte Ionen im Stoff unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes sich in Richtung auf dieses Feld bewegen können. Auch können diese Ionen umkehrbare Reaktionen mit Molekülen eingehen, die sich außerhalb der Trennwand befinden. Auf diese Weise ist es möglich, ein Gas aus einem Raum durch die Trennwand hindurch zu einem anderen Raum zu befördern oder Potentialunterschiede an den Elektrodenschicbten zu messen, die ein Maß für die Potentialdruckunterschiede sind.ίο Mixture of substances that make up this partition can exist is chosen so that certain ions in a certain temperature range Substance can move in the direction of this field under the influence of an electric field. Even These ions can enter into reversible reactions with molecules that are outside the partition are located. In this way it is possible to convert a gas from a room through the partition wall to one to convey other space or to measure potential differences at the electrode layers, which are a measure for the potential pressure differences are.
Beispielsweise sei das Messen von Pariialdrücken von Halogenen mittels einer Trennwand aus Silberhalogenid erwähnt. Ein konstanter Referenzdruck kann durchFor example, let the measurement of parallel pressures be Halogens mentioned by means of a partition made of silver halide. A constant reference pressure can go through
2'. Anwendung einer Silberelektrode auf der Referenzseite erhalten werden. Auch kann eine derartige Wand aus Silberhalogenid, namentlich Silberjodid, für das Messen von Schwefeldrücken dadurch geeignet gemacht werden, daß auf der genannten Wand eine Silbersulfidschicht angebracht wird.2 '. Application of a silver electrode on the reference side can be obtained. Such a wall made of silver halide, namely silver iodide, can also be used for measuring can be made suitable for sulfur pressures that on said wall a silver sulfide layer is attached.
Zirkonoxid läßt sich durch Zusatz von Stoffen für das Messen oder Dosieren von Sauerstoff geeignet machen. Vorzugsweise sind die beiden Seiten der Trennwand dann mit einer porösen Platinschicht überzogen, die als Elektrode dient.Zirconium oxide can be made suitable for measuring or metering oxygen by adding substances. The two sides of the partition are then preferably coated with a porous platinum layer, which is used as Electrode is used.
In der oben genannten DE-OS 18 10 459 ist ausführlich beschrieben, wie mit verschiedenen Vorrichtungen Sauerstoff in einem Gasgemisch gemessen, Sauerstoff aus einem Gasgemisch entfernt und Sauerstoff, ζ. Β. zum Verbrennen eines brennbaren Gemisches, dosiert werden kann.In the above-mentioned DE-OS 18 10 459 it is described in detail how with various devices Oxygen measured in a gas mixture, oxygen removed from a gas mixture and oxygen, ζ. Β. for burning a combustible mixture, can be dosed.
In Fig. 7 der genannten DE-OS 18 10 459 mil der zugehörigen Beschreibung wird gezeigt, daß eine Analyse einer in einem Meßraum abgesonderten Gasprobe durch Anwendung einer als Pumpe geschalte ten Trennwand möglich ist, wobei Sauerstofftransport durch die Trennwand hindurch erfolgt. Dabei wird Sauerstoff aus dem Meßraum emfernt oder geh; Sauerstoff eine Reaktion mit einem brennbaren Gemisch ein. Dadurch, daß Messungen an Strömen und Spannungen mit Hilfe von Elektronenschichten auf der Trennwand vorgenommen werden, kann so die Konzentration eines Gasanteiles, wie Sauerstoff oder ein brennbares Gemisch, gemessen werden.In Fig. 7 of said DE-OS 18 10 459 mil the accompanying description is shown that an analysis of a segregated in a measuring room Gas sampling is possible by using a partition wall connected as a pump, with oxygen transport takes place through the partition. Oxygen is removed or removed from the measuring room; Oxygen reacts with a combustible mixture. By making measurements on currents and Tensions can be made with the help of electron layers on the partition, so the Concentration of a gas component, such as oxygen or a flammable mixture, can be measured.
In der Beschreibung der genannten DE-OS 18 10 459, insbesondere in Verbindung mit Fig. 8, wird angegeben. wie mit konstanten Pumpströmen durch Zeitmessungen und durch Detektieren von Spannungssprüngen Konzentrationsmessungen durchgeführt werden können.In the description of the aforementioned DE-OS 18 10 459, particularly in connection with FIG. 8, is indicated. as with constant pumping currents through time measurements and concentration measurements can be carried out by detecting voltage jumps.
w> Die Erfindung bezweckt, ein Gerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es keine mechanischen, bewegbaren Teile mehr benötigt, wodurch die Genauigkeit erhöht, der Verschleiß aber herabgesetzt wird.w> The invention aims to provide a device of the initially to improve mentioned type in such a way that it no longer requires mechanical, movable parts, whereby the accuracy is increased, but the wear is reduced.
t>5 Die Erfindung besieht darin, daß /w ischen dem ersten Raum und dem Meßraum ein Verhindungsteii mit großem Durchlaßwiderstand angebracht ist, der in der Füll/eit η durch Diffusion das Verhältnis /wischen dent> 5 The invention consists in the fact that a connection part with a high flow resistance is attached to the first space and the measuring space, which in the filling time η by diffusion the ratio / between the
Konzentrationen des Gasanteiles in den beiden genannten Räumen praktisch auf den Wert 1 bringt.Brings the concentration of the gas content in the two spaces mentioned practically to a value of 1.
Der Vorteil eines Gasanalysegerätes nach der Erfindung ist der, daß keine mechanischen, bewegbaren Teile, wie Verschlußventile oder Hähne, vorhanden sind, wie dies bei der in der genannten DE-OS 18 10 459 beschriebenen Ausführungsform der Fall ist.The advantage of a gas analyzer according to the invention is that no mechanical, movable Parts such as shut-off valves or taps are present, as is the case with the DE-OS 18 10 459 mentioned described embodiment is the case.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Wahl der Füllzeit i,· die Abmessungen des Verbindunesteiles keinen Einfluß auf das Meßergebnis ausüben. Ein gewisser Verschmutzungsgrad ist also zulässig. Dadurch werden sich die Abmessungen der Durchströrnungsöffnungen ändern, oder im allgemeinen wird die Diffusionsgeschwindigkeit abnehmen; bei der Bestimmung tier Füllzeit t, ist dies aber zu berücksichtigen.Another advantage is that the choice of the filling time i, · the dimensions of the connecting part have no influence on the measurement result. A certain degree of pollution is therefore permissible. As a result, the dimensions of the flow openings will change, or in general the diffusion rate will decrease; however, this must be taken into account when determining the filling time t.
Ein Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist auch noch der, daß ein geringes Weglecken durch die Wände zulässig ist, was bedeutet, daß insbesondere bei hohen Temperaturen die Abdichtungs; robleme geringer sind. Der Erfindungsgedanke basiert gerade auf der Tatsache, daß in der Pumpzeit tp der Meßraum in bezug auf den zu messenden Gasanteii schnei! entleert wird und daß dann in einer viel längeren Zeit der Meßraum wieder gefüllt werden darf. Dabei ist das Hineinströmen des Gasanteiles während der Entleerung derart gering, daß sich eine gute Nulldetektion erhalten läßt, wobei also das Verhältnis zwischen den Konzentrationen innerhalb und außerhalb des Meßraumes nahezu gleich Oisi.An advantage of the device according to the invention is also that a small amount of leakage through the walls is allowed, which means that, particularly at high temperatures, the seal; problems are lower. The idea of the invention is based precisely on the fact that in the pumping time t p the measuring space with respect to the gas portion to be measured snows! is emptied and that the measuring space can then be filled again in a much longer time. The amount of gas flowing in during emptying is so small that a good zero detection can be obtained, the ratio between the concentrations inside and outside the measuring space being almost equal to Oisi.
Die bekannten Vorteile sind: es besteht eine lineare Empfindlichkeit: es wird keine Referenzatmosphäre benötigt, und es wird ein großes Detektionssignal erhalten, das z. B. in der Größenordnung von 1 V liegen kann.The known advantages are: there is a linear sensitivity: there is no reference atmosphere is required, and a large detection signal is obtained, e.g. B. be on the order of 1V can.
Eine vorteilhafte Anwendung kann bei der Gasanalyse der Auspuffgase von Verbrennungsmotoren gefunden werden, wo der Meßraum Verschmutzung und hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Das Meßsignal eines derartigen Gasanalysegerätes kann in einem Regelsystem verwendet werden, mit dem das Luft/ Brennstoff-Verhältnis auf einen optimalen Wert eingestellt werden kann.An advantageous application can be found in the gas analysis of the exhaust gases from internal combustion engines where the measuring room is exposed to pollution and high temperatures. The measurement signal such a gas analyzer can be used in a control system with which the air / Fuel ratio can be adjusted to an optimal value.
Es hat sich außerdem herausgestellt, daß für eine derartige Anwendung eine Sauerstoffmeßzelle nach dem bekannten Prinzip der EMK-Messung unter Verwendung des Nernstschen Gesetzes weniger geeig^ net sein kann, weil bei einem Mindestmaß an Luftverunreinigung und optimaler Verbrennung der Sauerstoft'prozentsatz in den Auspuffgasen verhältnismäßig hoch, z. B. 5%, sein kann, während die Referenzatmosphäre Luft mit 20% Sauerstoff ist, was bedeutet, daß durch den logarithmischen Charakter nach Nernst die erzeugte EMK verhältnismäßig klein ist (Millivolt). Störspannungen und thermische Spannungen spielen dann eine zu große Rolle. Ein Gasanaiyscgerät nach dei Erfindung weist diesen Nachteil nicht auf.It has also been found that an oxygen measuring cell for such an application less suitable for the well-known principle of EMF measurement using Nernst's law can be net, because with a minimum of air pollution and optimal combustion of the Oxygen percentage in the exhaust gases is relatively high, e.g. B. 5%, while the Reference atmosphere is air with 20% oxygen, which means that by the logarithmic character According to Nernst the generated EMF is relatively small (millivolts). Interference voltages and thermal stresses then play too much of a role. A gas analyzer according to the invention does not have this disadvantage.
Der Verbindungsteil kann eine öffnung in der Wand des Meßraumes sein oder aus mehrerer zueinander parallelen öffnungen geringeren Querschnittes bestehen. Ein poröser Pfropfen oder ein poröses Filterelement ist besonders geeignet. Auch können eine oder mehrere Kapillaren verwendet werden, die sich 7iim Erhalten des richtigen Durchströmungswiderstandes in buzug auf Querschnitt und Länge gut bemessen lassen.The connecting part can have an opening in the wall of the measuring space or consist of several parallel openings of smaller cross-section. A porous plug or filter element is particularly suitable. You can also use an or several capillaries can be used, which can be used to obtain the correct flow resistance in Have the draft measured well for cross-section and length.
In weiteren Aiisführungsformen kann eine halbdurchlässige Wand verwendet werden, deren Diffusions- oder Permeationskonstantc mi; den Abmessungen der Wand die Durchlaßgeschwindigkeil bestimmt. .Silikongummiarten, Teflon oder bestimmte Metalle, wie Palladium für Wasserstoff und Silber für Sauerstoff, sind, je nach der Betriebstemperatur und den gasdurchlässigen Eigenschaften, anwendbar. Als Beispie! ist in einer Ausführungsform ein Verbindungsteil angwendet, Jas aus demselben Stoff wie die genannte Trennwand hergestellt ist. Indem die Elektrodenschichten elektrisch miteinander verbunden werden, ist d:eser Verbindungsteil danach bestrebt, über lonentransport auf der einenIn other embodiments, a semipermeable wall can be used whose diffusion or permeation constant; the dimensions of the wall determine the passage velocity. Silicone rubbers, Teflon or certain metals, such as palladium for hydrogen and silver for oxygen, can be used, depending on the operating temperature and the gas-permeable properties. As an example! In one embodiment, a connecting part is used which is made of the same material as said partition. By making the electrode layers are electrically connected to each other, is d: eser connecting part strive after, via ion transport on the one
ίο Seite indem ersten Raum sowie auf der anderen Seite in dem Meßraum dieselbe Konzentration des betreffenden Gasanteiles einzustellen.ίο side in first space as well as on the other side in set the same concentration of the gas component concerned in the measuring room.
Für eine Temperaturkompensation ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Meßraumes wenigstens im Temperaturarbeitsbereich proportional der absoluten Temperatur in dem Meßraum ist.One embodiment is for temperature compensation of the device according to the invention characterized in that the volume of the measuring space is proportional to the absolute temperature in the measuring space at least in the temperature working range.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtSome embodiments of the invention are shown in FIG Drawing shown and are described in more detail below. It shows
Fig. 1 schematisch ein Gasanalysegerät nach der Erfindung.Fig. 1 schematically shows a gas analyzer according to the invention.
Fig. 2 eine Ausführungsform des Meßraumes nach der Erfindung,Fig. 2 shows an embodiment of the measuring space according to the invention,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform dieses Meßraumes, 3 shows another embodiment of this measuring space,
Fig. 4 eine Ausführungsform mit getrennten Meßkreisen, und4 shows an embodiment with separate measuring circuits, and
F i g. 5 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßraumes, der in dem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors montiert ist.F i g. 5 shows an embodiment of the measuring space according to the invention, which is located in the exhaust pipe of an internal combustion engine is mounted.
In Fig. 1 ist ein Gasanalysegerät nach der Erfindung dargestellt, in dem mit Blöcken elektronische Mittel angegeben sind, die als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt werden, so daß sie nicht näher beschrieben werden. Ein erster Raum t. der von Wänden 2 und 3 begrenzt wird, enthält ein Gemisch von Gasen, wobei die Konzentration eines Anteiles dieses Gemisches, der aus einer Gasart oder einem Gemisch bestimmter Gase besteht, gemessen werden soll. Ein verschlossener Meßraum 4 steht über ein Verbindungsteil 5 mit dem ersten Raum 1 in Verbindung. Der Durchlaßwiderstand des Verbindungsteiles 5 ist derart gewählt, daß bei einem nahezu leeren Raum 4 eine Füllzeit /,. besteht, in der die Konzentration durch Diffusion in bezug auf den zu messenden Gasanteil nahezu den gleichen Wert wie die Konzentration des Gasanteiles in dem ersten Raum 1 erhält Der Verbindungsteil 5 kann aus einer öffnung oder aus mehreren parallelen öffnungen, weiter aus einem oder mehreren engen Kanälen oder Kapillaren, einem porösen Teil oder einer halbdurchlässigen Wand bestehen.In Fig. 1 is a gas analyzer according to the invention in which electronic means are indicated by blocks which are known to those skilled in the art are assumed so that they are not described in detail. A first room t. that of walls 2 and 3 is limited, contains a mixture of gases, the concentration of a portion of this mixture, the consists of a type of gas or a mixture of certain gases is to be measured. A closed one The measuring space 4 is connected to the first space 1 via a connecting part 5. The forward resistance of the connecting part 5 is chosen such that with an almost empty space 4 a filling time /. exists in which the concentration by diffusion in relation to the gas fraction to be measured is almost the same value as the concentration of the gas component in the first space 1 is maintained. The connecting part 5 can come from an opening or from several parallel openings, further from one or more narrow channels or capillaries, consist of a porous part or a semi-permeable wall.
Ein Teil, gegebenenfalls der größte Teil, der Wände des Meßraumes 4 besteht aus einer Trennwand 6, z. B.A part, possibly the largest part, of the walls of the measuring space 4 consists of a partition 6, for. B.
aus stabilisiertem Zirkonoxid, das für Sauerstoffionen Leitung aufweist. Diese Trennwand 6 ist mit Elektrodenschichten verschen, die porös sind und derart angebracht sind, daß sich auf beiden Seiten der Trennwand 6 eine Schicht befindet, oder daß elektrisch getrennte Schichten auf beiden Seiten dieser Wand liegen. In F i g. 1 sind Schichten 7, 9 und 12 auf der Innenseite des Meßraumes 4 angebracht, die mit Schichten 8, 10 b/w. 11 auf der Außenseite des fwL'Braumes 4 zusammenarbeiten. Die Eleklroden-made of stabilized zirconium oxide, which has conduction for oxygen ions. This partition 6 is provided with electrode layers give away, which are porous and are attached in such a way that on both sides of the Partition wall 6 is a layer, or that electrically separated layers on both sides of this wall lie. In Fig. 1 layers 7, 9 and 12 are attached to the inside of the measuring space 4, with Layers 8, 10 b / w. 11 work together on the outside of the fwL'Braumes 4. The electrode
h'i schicht 10 ist mittels einer Verbindungsleitung 13 über c ι ilen eine symbolisch dargestellte Schaltfunkiion aufweisenden Schalter 14 mit einer Ladungsquelle 15 verbunden, die über eine Verbindungsleitung 16 an dieThe layer 10 is over by means of a connecting line 13 c ι ilen a symbolically represented switching function having switch 14 is connected to a charge source 15, which via a connecting line 16 to the
Elektrodenschicht 9 durch Durchfuhrungen in der Wand des Meßraumes 4 angeschlossen ist. Die Ladungsquelle 15 führt mittels eines elektrischen Stromes der Trennwand 6 eine Ladung zu, wenn der Schalter 14 geschlossen ist. Diese Ladung wird in der Quelle 15 gemessen und ist ein Maß für die Konzentration des zu messenden Gasanteiles im Meßraum 4. Einem Ausgang 17 läßt sich ein der Konzentration proportionales Meßsignal entnehmen. Eine Detektionsschaltung 18 ist über eine Verbindungsleitung 19 mit der Elektrodenschicht 8 und über eine Verbindungsleitung 20 mit der Elektrodenschicht 7 verbunden. Sobald die Konzentration des zu messenden Gasanteiles in dem Meßraum sehr gering geworden ist, läßt sich an diesen Schichten 7 und 8 ein genügend großes Signal erhalten, um sicherzusteiien, daß die Detektionsschaltung i8 über eine Verbindungsleitung 21 einer Start- und Blockierungseinheit 22 ein Stoppsignal zuführt, welche Einheit 22 den Schalter 14 betätigt.Electrode layer 9 through feedthroughs in the wall of the measuring room 4 is connected. The charge source 15 leads by means of an electric current Partition wall 6 to a load when the switch 14 is closed. This charge is in the source 15 measured and is a measure of the concentration of the gas to be measured in the measuring room 4. An output A measurement signal proportional to the concentration can be taken from 17. A detection circuit 18 is via a connecting line 19 to the electrode layer 8 and via a connecting line 20 to the Electrode layer 7 connected. As soon as the concentration of the gas to be measured in the measuring room has become very low, a sufficiently large signal can be obtained at these layers 7 and 8 to To ensure that the detection circuit i8 via a connecting line 21 of a starting and blocking unit 22 supplies a stop signal, which unit 22 actuates the switch 14.
Die Verbindungsleitung 19 kann mit der Verbindungsleitung 13 und die Verbindungsleitung 20 mit der Verbindungsleitung 16 kombiniert sein, weil über den Elektrodenschichten 9 und 10 auch ein genügend großes Detektionssignal erhalten werden kann. Statt mittels eines Thermoelementes kann eine etwa erforderliche Temperaturmessung in dem Meßraum 4 auch mittels Elektrodenschichten 11 und 12 erfolgen, die über Verbindungsleitungen 23 und 24 mit einer Temperaturmeßschaltung 25 verbunden sind.The connection line 19 can with the connection line 13 and the connection line 20 with the Connecting line 16 can be combined, because over the electrode layers 9 and 10 also a sufficiently large one Detection signal can be obtained. Instead of using a thermocouple, a possibly required Temperature measurement in the measuring space 4 also take place by means of electrode layers 11 and 12, which over Connecting lines 23 and 24 are connected to a temperature measuring circuit 25.
Der negative Temperaturkoeffizient der Trennwand 6 wird dann für die Temperaturmessung verwendet. Ein Signal zur Steuerung der Ladungsmessung in der Einheit 15 wird aus der Temperaturmeßvorrichtung 25 über eine Verbindungsieilung 26 der Einheit 15 zugeführt. Sobald die Einheit 22 den Schalter 14 schließt, bewegen sich Ionen in der Trennwand 6 zwischen den Schichten 9 und 10 und gehen diese Reaktionen auf der Oberfläche der Trennwand 6 ein, bei denen z. B. bei Zirkonoxid Sauerstoff von der Außenseite der Schicht 10 zu dem Meßraum 4 befördert wird, um eine Verbrennung der zu messenden brennbaren Anteile zu erhalten. Dagegen wird bei umgekehrter Stromsteuerung aus der Ladungsquelle 15 Sauerstoff dem Meßraum 4 entzogen und an die Außenseite des Meßraumes 4 abgegeben.The negative temperature coefficient of the partition wall 6 is then used for the temperature measurement. A The signal for controlling the charge measurement in the unit 15 is provided by the temperature measuring device 25 The unit 15 is supplied via a connecting line 26. As soon as the unit 22 closes the switch 14, ions move in the partition 6 between the layers 9 and 10 and these reactions go on Surface of the partition wall 6, in which, for. B. in the case of zirconium oxide, oxygen from the outside of the layer 10 is conveyed to the measuring room 4 in order to burn the combustible components to be measured obtain. On the other hand, if the current control is reversed, the charge source 15 becomes oxygen The measuring space 4 is withdrawn and released to the outside of the measuring space 4.
Die Ladung kann von sich entladenden Kondensatoren, von konstanten Stromquellen oder von impulsförmigen Strömen geliefert werden. Bei dem Verfahren, bei dem sich entladende Kondensatoren verwendet werden, gibt der Spannungsunterschied vor und nach der Messung den Meßwert an; bei konstantenThe charge can come from discharging capacitors, from constant current sources or from pulsed Stream to be delivered. In the process of using discharging capacitors the voltage difference before and after the measurement indicates the measured value; at constant
bei impulsförmigen bekannten Ladungen ist das Zählen der Anzahl Impulse möglich.in the case of pulse-shaped known charges, this is counting the number of pulses possible.
Das Ende der Messung kann in der Detektionssdialtung 18 z. B. durch die Differentiening des Spannungsverlaufes an den Elektrodenschichten 6 und 7 oder 9 und 10 detektiert werden.The end of the measurement can be made in the detection dialing 18 z. B. by differentiating the voltage curve can be detected at the electrode layers 6 and 7 or 9 and 10.
Dadurch, daß das Meßergebnis in bezug auf die Temperatur im Meßraum korrigiert wird, kann die Messung der Konzentration des Gasanteiles unabhängig von der Temperatur gemacht werden.Because the measurement result is corrected with respect to the temperature in the measurement room, the Measurement of the concentration of the gas fraction can be made independent of the temperature.
F i g. 2 zeigt eine mechanische Korrektur in bezug auf die Temperatur. Ein Teil des Meßraumes 4 nach Fi g. 1 ist dargestellt, wobei das Verbindungsteil 5 eine eiige Kapillare ist.F i g. FIG. 2 shows a mechanical correction with respect to FIG the temperature. Part of the measuring room 4 according to Fi g. 1 is shown, the connecting part 5 being one Capillary is.
Ein Wandteil 27 ist aus einem gasdichten bewegbaren Material hergestellt, das durch ein Bimetall 28 bewegt werden kann, das mit einer starren Verbindungsleitung 29 die Wand 27 fortbewegen kann. Das Bimetall 28 ist an einem Teil 30 festgeklemmt, der mit der Meßraumwand verbunden ist. Wenn dafür gesorg wird, daß das Bimetall 28 die gleiche Temperatur wie das Gas in dem Raum 4 aufweist, können die Abmessungen der Teile 28, 29 und 27 derart gewählt werden, daß in dem Temperaturbereich, in dem die Gasanalyse stattfinden muß, das Volumen des Meßraumes der absolutenA wall part 27 is made of a gas-tight movable material that moves through a bimetal 28 can be that the wall 27 can move with a rigid connecting line 29. The bimetal 28 is clamped to a part 30 which is connected to the measuring room wall. If it is ensured that that Bimetal 28 has the same temperature as the gas in the space 4, the dimensions of the parts 28, 29 and 27 are chosen such that in the temperature range in which the gas analysis take place must, the volume of the measuring space of the absolute
ίο Temperatur 7"in 0K gerade proportional ist.ίο temperature 7 "in 0 K is just proportional.
Eine weitere Lösung, durch die dem Meßraum 4 ein zu Tproportionales Volumen erteilt wird, ist in Fig. 3 dargestellt, in der im Prinzip der Meßraum 4 mit Verbindungsteil 5 symbolisch angegeben ist. Die Wand 31 weist einen derartigen linearen Ausdehnungskoeffizienten ais Funktion der Temperatur auf, das in Verbindung mit der Wand 32 eine Kolbenwirkung erhalten wird. Die Teile 31 und 32 sind nämlich über Verbindungsteile 33 mechanisch miteinander gekuppelt.Another solution, by means of which the measuring space 4 is given a volume proportional to T , is shown in FIG. 3, in which the measuring space 4 with the connecting part 5 is symbolically indicated in principle. The wall 31 has such a coefficient of linear expansion as a function of the temperature that a piston effect is obtained in connection with the wall 32. This is because the parts 31 and 32 are mechanically coupled to one another via connecting parts 33.
2ü Der Ausdehnungskoeffizient der Wand 32 unterscheidet sich derart von dem der Wand 31, daß das Volumen des Meßraumes 4 der absoluten Temperatur gerade porportional gemacht werden kann.2ü The expansion coefficient of the wall 32 differs so from that of the wall 31 that the volume of the measuring space 4 of the absolute temperature is just can be made proportional.
In Fig.4 ist der Meßraum 4 größtenteils von einer Trennwand 35 umgeben. Die Wand 34 weist eine Elektrodenschicht 36 auf der Außenseite und eine Elektrodenschicht 37 auf der Innenseite des Meßraumes 4 auf. Die letztere ist mechanisch und elektrisch über Verbindungsteile 40 und 41 mit der ElektrodenschichtIn Figure 4, the measuring space 4 is largely of one Partition wall 35 surrounded. The wall 34 has an electrode layer 36 on the outside and one Electrode layer 37 on the inside of the measuring space 4. The latter is mechanically and electrically over Connection parts 40 and 41 with the electrode layer
jo 38 der Wand 35 verbunden, die auf der Außenseite mit einer Elektrodenschicht 39 versehen ist. Das Verbindungsteil 41 enthält die enge öffnung 5 zum Zuführen von Meßgas aus dem umgebenden Raum. Eine Stromquelle / liefert der Wand 35 Ladung zum Entfernen des Gasanteiles aus dem Meßraum. Ein Voltmeter VA gibt den Spannungssprung an, gleich wie ein Voltmeter Vs.jo 38 of the wall 35, which is provided with an electrode layer 39 on the outside. The connecting part 41 contains the narrow opening 5 for supplying measurement gas from the surrounding space. A current source / supplies the wall 35 with charge for removing the gas portion from the measuring space. A voltmeter V A indicates the voltage jump, just like a voltmeter Vs.
Das erstere Voltmeter ist zwischen den Schichten 38 und 39 angeordnet, während das letztere Voltmeter zwischen den Schichten 36 und 37 angeordnet ist.The former voltmeter is positioned between layers 38 and 39, while the latter voltmeter is arranged between layers 36 and 37.
Der Spannungssprung tritt, wie bereits beschrieben ist. auf, wenn die Wand 35 infoige der zugeführten Ladung und ihrer lonenleitung die Konzentration des Gasanteiles im Meßraum nahezu auf Null herabgesetzt hat. was praktisch bedeutet, daß das Verhältnis zwischen den Konzentrationen innerhalb und außerhalb des Meßraumes nahezu auf Null herabgesetzt ist.The voltage jump occurs, as already described. on when the wall 35 infoige of the supplied Charge and its ionic conduction, the concentration of the gas component in the measuring space is reduced to almost zero Has. which practically means that the ratio between the concentrations inside and outside of the measuring space is reduced to almost zero.
F i g. 5 zeigt eine Anwendung eines Gasanalysegerätes in dem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors. Die Trennwand 42 ist mit einer Elektrodenschicht 43 mit einem aktiven Teil 44 im Meßraum 4 versehen. Die 2"dere E!ektrodenschicht der Trennwand 42 ist γ°'* ^^ bezeichnet. Der Meßraum 4 enthält in einer Wand 46 die Durchströmungsöffnung 5. Die Schicht 43 ist mit einer Klemme 47 und die Schicht 45 mit einer Klemme 48 verbunden, so daß die Meßladung von außerhalb des Auspuffrohres zugeführt und weiter der Spannungssprung über der Schicht nach der Pumpzeit tp gemessen werden kann, wie bereits beschrieben wurde. Über diese Klemme 47 und 48 kann mittels geeigneter Detektionsmittel auch Information über die Temperatur im Meßraum 4 erhalten werden, z. B. dadurch, daß der Widerstand der Trennwand 42 gemessen und das Meßergebnis bei der Ladungsmessung verarbeitet wird.F i g. Figure 5 shows an application of a gas analyzer in the exhaust pipe of an internal combustion engine. The partition wall 42 is provided with an electrode layer 43 with an active part 44 in the measuring space 4. The 2 "wider E! Ek t clear layer of the partition wall 42 is γ ° designated '* ^^. The measuring chamber 4 includes a wall 46, the flow aperture 5. The layer 43 is the layer 45 connected to a terminal 47 and a terminal 48 so that the test charge can be supplied from outside the exhaust pipe and the voltage jump across the layer can be measured after the pumping time t p , as has already been described are, for example, in that the resistance of the partition 42 is measured and the measurement result is processed in the charge measurement.
Es dürfte einleuchten, daß die Ausführungsform nach F i g. 5 sehr einfach sein kann, weil z. B. die Schicht 43 über einen geeigneten Halter, in dem das Ganze montiert ist. mit der Masse des VerbrennungsmotorsIt should be evident that the embodiment of FIG. 5 can be very simple because z. B. layer 43 via a suitable holder in which the whole is mounted. with the mass of the internal combustion engine
verbunden ist, so daß nur ein einziger Meßdraht oder ein isoliert angeordnetes Metallrohr zu der Klemme 48 herausgeführt zu werden braucht.is connected, so that only a single measuring wire or an isolated metal tube to the terminal 48 needs to be brought out.
Es sei noch bemerkt, daß aus den Ausführungsformen nach den Fig.4 und 5 ersichtlich ist, daß der in dieserIt should be noted that it can be seen from the embodiments according to FIGS. 4 and 5 that the in this
Anmeldung genannte erste Raum den Meßraum völlig umgeben kann, dies im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 1, nach der zu oder aus einem dritten Raum gepumpt wird.Application called first space can completely surround the measuring space, this in contrast to the embodiment of FIG. 1, after the to or from a third Space is pumped.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |